Kreisbewegungen und ihre Kräfte

TB · Anmeldungsdatum: 04.03.2007 Beiträge: 10

Hey. hab ein ziemliches problem, beim lernen mit einem freund habe ich gemerkt, dass meine physik doch selber einige grenzen aufweist.
Zum einen hab ich das thema zwar nich so ganz ausführlichst behandelt, doch es sind trotzdem gewisse lücken bei den basics. hoffe ihr könnt mir wenigstens ansatz weise helfen. hier die aufgaben:

1.)
Ein Körper mit der Masse m= 0,2 kg wird an einem r = 40 cm langen Faden in
einer vertikalen Ebene auf einem Kreis herumgeschleudert.
In seinem oberen Bahnpunkt hat er die Geschwindigkeit
Vo = 2* m/ s
in seinen unteren Bahnpunkt beträgt die Geschwindigkeit
Vu = 4,44 m/s
Der Körper möge so klein sein, dass seine räumliche Ausdehnung
vernachlässigt werden kann. Im höchsten Bahnpunkt übt der Faden die Kraft
->Fu auf den Körper aus.
Berechnen Sie die Beträge der Kräfte ->Fo und ->Fu!
g = 9,81m/s

2.)

Ein kleiner Körper mit der Masse m = 0,5 kg wird an einem Faden mit der
LÄnge r = 1 m auf einem Kreis in einer vertikalen Ebene herumgeschleudert.
Dabei wird die Umlaufgeschwindigkeit der Körper langsam gesteiger. Bei der
Belastung F = 25 N reißt der Faden.

a) An welcher Stelle der Bahn befindet sich der Körper zu dem Zeitpunkt, in
dem der Faden reißt?
b) Welche Bahngeschwindigkeit Vo hat der Körper zu diesem Zeitpunkt?

g = 9,81 m/s
3.)

Ein Fahrzeug mit der Masse m = 1000 kg bewegt sic´h in einer kreisförmigen
Kurve mit
dem Radius r = 120 m. Die notwendige Radialkraft darf aus Sicherheitsgründen
höchstens
Fr = 300 N betragen. Wie groß ist die unter diesen Umständen
zulassuge Höchstegeschwindigkeit Vo?

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also was ich dazu schon mir gedacht hab, allerdings is das dann viel zu simpel ,d eswgn denke ich, es ist komplett falsch:

1.)
Fo=0,2kg*(2 m/s)² / 0,4m= 2N
Fu=0,2kg*(4,44 m/s)² / 0,4m = 9,86N

allerdings verstehe ich dann nich, warum der Ortsfaktor angegeben ist ?!

2.)
was soll hier denn "wo befindet sich" bedeuten? etwa der winkel? wenn ja dann hab ich mit der formel hier:
tan (alpha)=v²/rg
gerechnet, und vorher mit dieser formel
F=mv²/r
die geschwindigkeit errechnet, in die erste eingesetzt und arctan gemacht.
aber für 1,377° is das bissl unlogisch.

3.) ja...EIGTL die einfachste, hab ich mir gedacht, stures formeleinsetzen...
F=mv²/r

dann kommt aber für v= 6m/s raus, das klingt dochv öllig unlogisch, wenn man dann höchstens mit 1,6 km/h fahren darf...

also ich hoffe ihr könnt mir helfen unglücklich

Gargy · Anmeldungsdatum: 24.11.2006 Beiträge: 1046

Hallöchen!

Also zu Aufgabe 1: Ich schlage vor, du malst dir das mal auf und dann zeichnest du dir ein, welche Kräfte wirken und in welche Richtung. Die Zentrifugalkraft hast du ja schon. Da fehlt aber noch was.

Aufgabe 2 ist ja fast das gleiche. Der Kräfteansatz ist genauso. Überleg doch einfach mal, wo der Faden reißen würde. Tipp: Der Winkel ist da nicht wichtig, denn "wo" kann man ganz eindeutig sagen.
Der Faden hält also nur 25N aus. Wenn du den Faden jetzt so schleuderst, wie angegeben, dann wirkt doch zum einen die Zentrifugalkraft und zum anderen?
Wenn du Aufgabe 1 hast, kriegst du die 2. ganz fix raus.

Probier's erstmal. Thumbs up!

TB · Anmeldungsdatum: 04.03.2007 Beiträge: 10

also es gibt die zentrifugal und zentripetal-kraft.
ich dachte immer die sind vom betrag her gleich nur entgegengesetzt?
wie ich dann die vorzeichen setze ist ja dann eigtl egal.

also ich hatte das ja schon gezeichnet, nur kann ich mir unter, vertikal nur so was wie nen karussel vorstellen.

auf jeden fall hab ich dann nen kreis gehabt, an dem es ein "oben" und "unten" gab.

um das jetz fortzuführen würd ich sagen:

Fo=2N (-fugal-) und Fo=-2N (petal)

und zur 2.

ja da wirkt die -fugal und -petal kraft...

Gargy · Anmeldungsdatum: 24.11.2006 Beiträge: 1046

Hm, warte mal, also ich habe gedacht die Ebene ist vertikal, dass heißt doch so wie in der Skizze, oder? ein karussel würde jaum 90° runtergeklappt sein. Aber dann gäb's kein oben und unten...

Aber du hast das ja auch so angenommen, wie ich sehe Hammer

Zentrifugal- und Zentripedalkraft sind betragsmäßig gleich, richtig. Aber wo ist denn die Gewichtskraft? Die spielt doch ganz abhängig von der Lage des Körpers auf der Kreisbahn eine wichtige Rolle.

Zum Beispiel unten im Kreis:
Da wirken Zentrifugalkraft und Gewichtskraft in die gleiche Richtung (nach außen).

Oben im Kreis:
Zentrifugalkraft wirkt wieder nach außen (also nach oben, wenn du's einzeichnst) und die Gewichtskraft nach unten.

Die resultierende Kraft ist also in beiden Punkten verschieden. Das gibt dir dann auch schon die Lösung für Aufgabe 1.

Gargy · Anmeldungsdatum: 24.11.2006 Beiträge: 1046

Aufgabe 2 funktioniert genauso. Du guckst einfach, an welcher Stelle der Faden am größten belastet wird (siehe Aufgabe 1) und setzt dann für die wirkende Kraft die 25N ein. Damit kannst du dann die Geschwindigkeit ganz leicht ausrechnen (steckt ja in der Zentrifugalkraft).

Versuchs mal. Ich muss jetzt gleich weg hier. Hilft dir bestimmt jemand weiter, falls du doch noch eine Frage hast. Ich guck morgen wieder rein, falls es bis dahin noch nicht gelöst ist.

Thumbs up!

TB · Anmeldungsdatum: 04.03.2007 Beiträge: 10

aha, langsam bin ich auf dem richtigen pfad.

das heisst:
F(unten):
Fu+m*g=F(res)

und bei F(oben)
Fo-m*g=F(res)

oder wird bei F unten gar nich addiert? ich hätte jetz gedacht, die gewichtskraft wirkt ja noch zusätzlich dazu.

zur aufgabe 2:
berücksichtige ich dann nur Foben und Funten?
weil für Foben kommt dann ne größere Geschwindigkeit heraus...oder aber die da oben aufgestellt gleichung is schon falsch...

edit: kann mir bitte noch jmd heute abend helfen? weil die aufgb muss morgen präsentiert werden grübelnd

Gargy · Anmeldungsdatum: 24.11.2006 Beiträge: 1046

hi, doch wieder da.

Also, das ist schon mal richtig Thumbs up!

Unten werden die Kräfte addiert, stimmt!

Aufgabe 2:
Du hast 2 Formeln (ich habe die resultierenden mal Fo und Fu genannt - bei dir waren das ja die Zentrifugalkräfte)

oben

unten

Jetzt musst du überlegen, an welchem Punkt der Faden am meisten belastet wird. Ist das oben? Oder unten? Wahrscheinlich unten, nicht, denn da addieren sich die beiden Kräfte.
Also nimmst du die Formel für

und setzt deine gegebenen Werte ein.

ist dabei 25N. Das kannst du nach der Geschwindigkeit umstellen.
Augenzwinkern

Gargy · Anmeldungsdatum: 24.11.2006 Beiträge: 1046

Aufgabe 3 hätte ich genauso gerechnet wie du. Und 6 m/s sind doch auch 21,6km/h, oder? Ist zwar auch nicht soooo viel, aber wenn's die Aufgabe so will Zunge